JP6368822B2 - アンテナ及びアンテナの偏波切替方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、例えば、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグ通信装置に用いられるアンテナ及びそのアンテナの偏波切替方法に関する。

近年、工場、倉庫又は店舗等で、商品管理のためにＲＦＩＤタグが利用されている。ＲＦＩＤタグを付けた物品は、工場や倉庫などでは、規則正しく並べられ、店舗では不規則に陳列される。

一方、ＲＦＩＤタグ通信装置は、アンテナを介して電磁波を放射し、ＲＦＩＤタグとの間で無線通信をしてＲＦＩＤタグが付された物品の情報を読み取る。

例えば、工場や倉庫など、ＲＦＩＤタグのついた物品が規則正しく並んでいる場合には、直線偏波を用いた情報の読取りが適しており、店舗等のＲＦＩＤタグの付いた物品が不規則に陳列される場合には、円偏波を用いた読取りが適していることが知られている。

特開２０１３−７０３４１号公報

しかし、物品の並び方に合わせて直線偏波と円偏波を使い分けるためには、直線偏波を放射可能なアンテナと円偏波を放射可能なアンテナを用意する必要があり、その分、ＲＦＩＤ通信装置の運用コストが高くなる。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、低コストで、円偏波と直線偏波の両方の偏波を容易に切替可能なアンテナ及びアンテナの偏波切替方法を提供することである。

一実施形態に係るアンテナは、放射器と、給電部材と、補填部材と、切替手段とを備えている。当該放射器は、中心に対して互いに相対する位置に切欠きを有する。当該給電部材は、高周波信号を受けて前記放射器を励振させる。当該補填部材は、当該切欠きの全体を覆うように当該切欠きに配置されるとともに前記高周波信号を受けて前記放射器とともに励振する材料により形成される。当該切替手段は、前記補填部材に設けられ、当該切欠きの全体を覆う第１位置と当該切欠きから外れた第２位置との間で前記補填部材の位置を切替える。

図１は、実施形態に係るパッチアンテナを含むＲＦＩＤタグ通信装置の斜視 図である。 図２は、図１のパッチアンテナのアンテナ部を示す斜視図である。 図３は、図２のアンテナ部に取り付けられた切替手段を放射器側から見た斜 視図である。 図４は、図２の切替手段を第２位置に配置した状態を示す図である。 図５は、図２の切替手段を第１位置に配置した状態を示す図である。 図６は、図５のアンテナ部をＦ６−Ｆ６で切断した断面図である。 図７は、図１とは別の実施形態に係るパッチアンテナのアンテナ部を示した 図である。

以下、本発明に係るアンテナの第１の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、本実施形態は、ＲＦＩＤタグ通信装置に備えられるパッチアンテナを例示し、詳細を説明する。

まず初めに、ＲＦＩＤタグ通信装置１について説明する。図１は、ＲＦＩＤタグ通信装置１の全体斜視図である。

ＲＦＩＤタグ通信装置１は、例えば、店舗や倉庫に置いてある商品の棚卸をする場合において、個々の商品に添付されたＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）タグと無線通信し、ＲＦＩＤタグのＥＰＣ（Electronic Product Code）データを読取る装置である。

ＲＦＩＤタグ通信装置１は、ハンドル２と、パッチアンテナ１００と、クリップ３と、端末Ｓとを有する。

ハンドル２は、略筒状の棒状部材である。ハンドル２は、一箇所で折り曲げられ肩部２１を形成する。ハンドル２の先端には、パッチアンテナ１００が、所定の角度回動可能に取り付けられている。

パッチアンテナ１００は、略方形の所定の厚みを有する板状の部材である。具体的には、パッチアンテナ１００は、前面カバー１１０と背面カバー１２０と後述するアンテナ部２００とを有している。前面カバー１１０及び背面カバー１２０は、アンテナ部２００の両面を覆うように配置され、アンテナ部２００を外部環境から保護する。

クリップ３は、ハンドル２の肩部２１に取り付けられる。クリップ３は、ハンドル２の長手方向に沿って離間して配置される２つの爪３１を有する。２つの爪３１は、互いに離接可能に設けられる。

端末Ｓは、商品に付されたＲＦＩＤタグから受信したデータを表示するディスプレーＳ１を備えた、タブレット端末やスマートフォンを用いることができる。端末Ｓは、クリップ３の２つの爪３１の間に挟まれて固定される。

次に、パッチアンテナ１００の構造について、図１、及び、図２を用いて説明する。図２は、図１のＲＦＩＤタグ通信装置１のパッチアンテナ１００の背面カバー１２０及び前面カバー１１０を取り外し、アンテナ部２００を露出した状態を示している。

アンテナ部２００は、図２に示すように、グランド板金３００と、放射器４００と、給電部材５００と切替手段６００とを備えている。

グランド板金３００は、金属板を折り曲げて形成される一面が開放した箱状の部材である。具体的には、グランド板金３００は、後述する放射器４００等が固定される略矩形板状の底壁３２０と、底壁３２０の周縁に曲げ加工により形成された複数の側壁３１０と、を備える。グランド板金３００の側壁３１０の内側には、放射器４００及び給電部材５００が配置される。そして、グランド板金３００は、側壁３１０の底壁３２０から離間した縁により形成される開口部３３０を塞ぐように前面カバー１１０に取り付けられる。

放射器４００は、図２に示すように略円環状の円板である。放射器４００は、その外周の互いに相対する位置に２つの切欠き４１０（図４）を備える。なお、２つの切欠き４１０を有することにより、放射器４００は、円偏波を放射することができる。放射器４００の前面カバー１１０側の面を第１面４２０とし、その裏側面を第２面４４０とする。放射器４００は、グランド板金３００の底壁３２０と略平行に配置される。放射器４００は、グランド板金３００の略中心に放射器４００の中心が重なるように配置され、複数のスペーサ４３０（図６）を介してグランド板金３００の底壁３２０に固定される。本実施形態においては、放射器４００は、３ヶ所に配置したスペーサ４３０を介して底壁３２０に固定される。スペーサ４３０は、放射器４００のアンテナ性能に影響を与えない樹脂製のものを用いた。

給電部材５００は、帯状の薄板形状を有している。給電部材５００は、図２に示すように、グランド板金３００の底壁３２０と放射器４００との間に配置される。給電部材５００の放射器４００側の面を第１面５３０とし、その裏側面を第２面５４０とする。給電部材５００は、放射器４００の外周の外側から中心へ向かって延び、放射器４００と給電部材５００の一部が重なる位置に配置される。

すなわち給電部材５００は、グランド板金３００の内側において、グランド板金３００の一つの角から底壁３２０の対向する角に向かって延設される。そして、給電部材５００の長手方向の両端部は、グランド板金３００の底壁３２０にスペーサ５１０を介して、それぞれネジで固定される。

また、給電部材５００は、第２面５４０の放射器４００の外周の外側に給電点５２０を有する。なお、給電点５２０は、ケーブル（図示せず）を介してＲＦＩＤタグ通信装置１の給電回路（図示せず）と接続され、給電部材５００に電力を供給する。そして、給電部材５００は、給電点５２０から給電された高周波信号により放射器４００を励振させる。

図３は、図２の切替手段６００を放射器４００側から見た斜視図である。切替手段６００は、操作アーム６１０と補填部材６５０と、を有する。

操作アーム６１０は、把持部６２０と、連結部６２１と、第１アーム部６２２と、第２アーム部６２３と、を有する。操作アーム６１０は、例えば、一枚の樹脂製の板を抜き加工して形成されている。

把持部６２０は、連結部６２１の長手方向の中間位置から長手方向と直交する方向に延設されている。把持部６２０は、連結部６２１と繋がる部分と反対側の端部が前面カバー１１０の側壁から突出し、作業者が抜き刺し可能な長さを有する。

また、連結部６２１の両端部には、把持部６２０と反対方向に延びる細長い帯状の第１アーム部６２２及び第２アーム部６２３が設けられている。第１アーム部６２２と第２アーム部６２３は、略平行に設けられている。

操作アーム６１０は、放射器４００から放射される放射波に影響を与えない絶縁部材、例えば、樹脂材料により形成される。

補填部材６５０は、連結部６２１から離間した第１アーム部６２２の先端の放射器４００側の面、及び、第２アーム部６２３の先端の放射器４００側の面に貼り付けられている。

補填部材６５０は、操作アーム６１０を第１位置に配置した状態で、放射器４００の切欠き４１０を覆う面積を有する。さらに詳しく言えば、補填部材６５０は、操作アーム６１０を第１位置に配置した状態で、補填部材６５０の周縁が、切欠き４１０の開口に重なり、放射器４００の外周縁と連続する。

すなわち、補填部材６５０は、第１位置において、切欠き４１０の開口に重なり、放射器４００の外縁と連続する外辺６５１を有する。言い換えれば、外辺６５１は、切欠き４１０により断続された放射器４００の外縁をおぎなう。すなわち、補填部材６５０が切欠き４１０の全体を覆った場合に、補填部材６５０の外辺６５１が放射器４００の外周を繋ぐ。

補填部材６５０は、放射器４００と同じように給電部材５００からの高周波信号により励振する材料により形成される。本実施形態においては、放射器４００と同じ材料を用いて作製した。

切替手段６００は、放射器４００の第１面４２０と対向して設けられ、把持部６２０の長手方向に沿って所定の幅でスライド可能に配置される。切替手段６００のスライド構造については、特に限定されないが、例えば、前面カバー１１０の裏面１１１に把持部６２０のスライドをガイドするレール部材（図示せず）を設け、レール部材に沿ってスライドするようにすることもできる。具体的には、操作アーム６１０は、補填部材６５０が切欠き４１０を覆う第１位置と、補填部材６５０が切欠き４１０から外れた第２位置との間で移動される。このとき補填部材は、放射器４００の第１面４２０に押しつけられ、第１面４２０に摺接する。操作アーム６１０を移動させる場合、例えば、作業者は、前面カバー１１０から突出している把持部６２０の基端を摘んで抜き挿しする。把持部６２０を引っ張ると補填部材６５０が第２位置に移動し、逆に把持部６２０を押し込むと補填部材６５０が第１位置に移動する。

次に、補填部材６５０の機能について図４、図５及び図６を用いて説明する。

図４は、図２の切替手段６００を第２位置に配置した状態のアンテナ部２００を示す図である。図５は、図２の切替手段６００を第１位置に配置した状態のアンテナ部２００を示す図である。図６は、図５のアンテナ部２００をＦ６−Ｆ６で切断した断面図である。

図４に示すように、切欠き４１０を開放した状態で給電部材５００に給電がされると、パッチアンテナ１００は円偏波の電磁波を放射する。円偏波は、放射器４００の２つの切欠き４１０の内辺４１１の間の距離と、放射器４００の外縁部の直径との差により、２種類の周波数の電磁波が発生することにより放射される。

一方、図４、５の矢印に沿って、操作アーム６１０を図示左方向に押し込むと、図５、図６に示すように、補填部材６５０は、放射器４００の第１面４２０と接触した状態で放射器４００に沿って移動し、切欠き４１０を覆う。これにより、補填部材６５０は、放射器４００と電気的に一体化し、あたかも切欠き４１０の設けられていない円環状の放射器のように振る舞う。つまり、切替手段６００を図５に示す位置（第１位置）に切替えた状態で給電部材５００に給電すると、本実施形態に係るパッチアンテナ１００は、直線偏波を放射する。上述したように、操作アーム６１０を第１位置に配置すると、図５，６に示すように、補填部材６５０の外辺６５１は、切欠き４１０の開口と重なる。

これにより、放射器４００の外縁の形状が円形に近似し、切欠き４１０が塞がれた状態で放射器から放射する電磁波の周波数を一つにでき、直線偏波を放射することができる。

このように、本実施形態のパッチアンテナ１００によると、操作アーム６１０を２つの位置で切替えるだけで、放射する電磁波の種類を円偏波と直線偏波との間で簡単に切替ることができる。

このため、例えば、巨大な倉庫や工場のラインにおいて、規則正しく並べられている商品の同じ位置に同じ方向で付されたＲＦＩＤタグを読み取る場合には、操作アーム６１０を第１位置に切り替えて、通信距離を稼ぐことができる直線偏波を用いて商品情報を取得する。これにより、倉庫の全体を歩き回る必要がなく、効率よく作業をすることができる。

一方、小売店の店舗等における商品は、陳列方法も様々であるため、ＲＦＩＤタグの方向もバラバラである。このような状況におけるＲＦＩＤタグの読み取り作業に直線偏波モードを用いると、その偏波の方向とＲＦＩＤタグの方向が異なる商品が多くなるため、陳列棚に配置された商品の正確な商品情報を読み取ることができない虞がある。

そこで、このような状況におけるＲＦＩＤタグの読み取り作業においては、操作アーム６１０を第２位置に切り替えて、円偏波を用いて商品情報を取得する。円偏波は、通信距離では、直線偏波には及ばない。しかしながら、ＲＦＩＤタグの位置や方向が異なるような状況であっても、商品情報を確実に読み取ることができる。これにより、店舗に陳列されている商品に付されているＲＦＩＤタグの方向を揃える必要がなく、効率よく作業をすることができる。

つまり、本実施形態によると、上述のような倉庫と店舗の両方で商品情報を取得するような作業が必要な場合においても、一台のＲＦＩＤタグ通信装置１で作業をすることができる。

また、本実施形態によると、直線偏波と円偏波を切り替えるための専用の部品の取り外しや取付け作業がないため、このような部品を紛失する虞もない。
これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

例えば、本実施形態では、円環状の放射器４００を例示したが、放射器の形状はこれに限らない。例えば、図７に示す放射器４００ａのように、正方形の放射器の対角線上の対向する２つの角を切り欠いた形状とすることもできる。この場合には、この２つの切欠き４１０ａを補填部材６５０で塞ぐことのできる切替手段（図示せず）を設けて、円偏波と直線偏波を切替できるようにしてもよい。
以下、本願の出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［１］グランド板金と、
前記グランド板金に対向して配置され、円偏波を放射するための切欠きを有する放射器と、
前記グランド板金と前記放射器との間に設けられ、高周波信号を受けて前記放射器を励振させる給電部材と、
前記放射器を介して直線偏波を放射させるように前記切欠きに配置される補填部材と、
前記補填部材を前記切欠きの全体を覆う第１位置と前記切欠きから外れた第２位置との間で移動させ、前記放射器を介して放射する放射波を前記直線偏波又は前記円偏波に相互に切替える切替手段と、
を備えているアンテナ。
［２］前記切替手段は、
把持部と、
前記把持部から分岐する２つの第１アーム部及び第２アーム部と、を備えた操作アームを有し、
前記第１アーム部及び前記第２アーム部の先端に前記補填部材を設け、
前記操作アームが、前記放射器と対向してスライド可能に配置される［１］に記載のアンテナ。
［３］前記補填部材は、前記放射器と同じ材料で形成されている［１］または［２］に記載のアンテナ。
［４］前記補填部材を前記第１位置に配置した状態で、前記補填部材の周縁が、前記切欠きの開口に重なって、前記放射器の外周縁と連続する［１］乃至［３］のいずれか一つに記載のアンテナ。
［５］円偏波と直線偏波を相互に切り替えるアンテナの偏波切替方法であって、
前記アンテナは、グランド板金と、前記グランド板金に対向して配置される外縁部の相対する位置に２つの切欠きを有する放射器と、前記グランド板金と前記放射器との間に設けられ、前記放射器を励振させる給電部材と、を備え、
前記２つの切欠きを前記放射器と同じ材料により形成された補填部材で覆うことにより、前記円偏波から直線偏波に切り替えるアンテナの偏波切替方法。
［６］前記補填部材で覆われた前記２つの切欠きから、前記補填部材を外すことにより、前記直線偏波を前記円偏波へ切り替える［５］に記載のアンテナの偏波切替方法。

１…ＲＦＩＤタグ通信装置、２…ハンドル、３…クリップ、２１…肩部、３１…爪、１００…パッチアンテナ、１１０…前面カバー、１１１…裏面、１２０…背面カバー、２００…アンテナ部、３００…グランド板金、３１０…側壁、３２０…底壁、３３０…開口部、４００…放射器、４００ａ…放射器、４１０…切欠き、４１０ａ…切欠き、４２０…第１面、４３０…スペーサ、４４０…第２面、４５０…外周縁、５００…給電部材、５１０…スペーサ、５２０…給電点、５３０…第１面、５４０…第２面、６００…切替手段、６１０…操作アーム、６２０…把持部、６２１…連結部、６２２…第１アーム部、６２３…第２アーム部、６５０…補填部材。

Claims (5)

1. 中心に対して互いに相対する位置に切欠きを有する放射器と、
   高周波信号を受けて前記放射器を励振させる給電部材と、
   前記切欠きの全体を覆うように前記切欠きに配置されるとともに、前記高周波信号を受けて前記放射器とともに励振する材料により形成される補填部材と、
   前記補填部材に設けられ、前記切欠きの全体を覆う第１位置と前記切欠きから外れた第２位置との間で前記補填部材の位置を切替える切替手段と、
   を備えているアンテナ。
2. 前記切替手段は、
   把持部と、
   前記把持部から分岐する２つの第１アーム部及び第２アーム部と、を備えた操作アームを有し、
   前記第１アーム部及び前記第２アーム部の先端に前記補填部材を設け、
   前記操作アームが、前記放射器と対向してスライド可能に配置される請求項１に記載のアンテナ。
3. 前記補填部材は、前記放射器と同じ材料で形成されている請求項１または請求項２に記載のアンテナ。
4. 前記補填部材を前記第１位置に配置した状態で、前記補填部材の周縁が、前記切欠きの開口に重なって、前記放射器の外周縁と連続する請求項１乃至３のいずれか一つに記載のアンテナ。
5. 中心に対して互いに相対する位置に切欠きを有する放射器と、高周波信号を受けて前記放射器を励振させる給電部材と、前記切欠きの全体を覆ように前記切欠きに配置されるとともに前記高周波信号を受けて前記放射器とともに励振する材料により形成される補填部材と、を備え、
   前記補填部材の配置を前記切欠きの全体を覆う第１位置と前記切欠きから外れた第２位置との間で切替えることで、円偏波と直線偏波とを相互に切り替えるアンテナの偏波切替方法。